生物影像平台简介

生物成像技术是生命科学及其交叉学科、医学研究中必不可少的技术手段，它也是生物结构和功能研究最直观、最有效的方法。随着科学研究的不断深入，现阶段的生命科学、医学研究中常需要开展单分子、亚细胞、细胞、组织、生物个体等多个尺度的成像。任何单一的成像技术都难以实现跨尺度的生物学、医学成像。因此，必须建立立足于多种模态的跨尺度联合成像技术，方能全方位的满足深圳湾实验室及飞速发展的粤港澳大湾区庞大的生物成像科研需求。该平台是基于光学、电子和超声等多种成像模态，跨越不同时间和空间尺度，通过仪器设备等硬件设施和图像数据处理软件的有机结合，针对细胞等实现同一研究对象全景式地呈现其生命活动过程。服务于基础生物学和生物医学研究的跨尺度联合成像技术能够为亚细胞结构和功能研究、肿瘤和心血管等疾病的分子机理研究等提供重要支撑。

生物影像平台将以各类光学成像系统为主，辅以电子显微镜设备。生物影像平台的光学成像系统包括以下几个子系统：

（1）超高分辨显微镜

超高分辨显微镜突破了阿贝光学衍射极限，能够让光学显微镜的分辨率达到20nm，从而可以直接观察细胞内生物大分子和精细结构。根据成像原理的不同，主流光学超高分辨显微镜分为结构光照明超分辨显微镜、随机单分子定位超分辨显微镜、基于受激辐射损耗超分辨显微镜。生物影像平台已配置顶尖技术的超高分辨率活细胞成像系统ELyra7，该设备包含了晶格状栅格和随机单分子定位两种超高分辨技术，可方便快捷的观察单个细胞内生物分子，细胞骨架，细胞膜和细胞器。

（2）激光共聚焦荧光显微镜

激光共聚焦荧光显微镜单点激发和物理光学切片提供高解析度三维光学成像。激光共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于阿贝光学衍射，其XY极限分辨率200nm，Z分辨率350nm。生物影像平台配置了多套蔡司点扫描激光共聚焦并结合了Airyscan2技术，较传统共聚焦显微镜其分辨率再提高1.5倍，主要用于细胞或组织三维成像。此外，配置了Andor四激光/七激光高速转盘共聚焦，以及Olympus最新推出的超高分辨转盘共聚焦显微镜SpinSR10。转盘共聚焦显微镜在物镜像平面上放置一个Nipkow转盘，转盘上分布着螺旋排列的针孔。这个转盘实现了多点同步扫描方式，不仅大大提高了采集速度，还降低了对样品的光漂白和光损伤,主要用于活细胞快速动态成像，长时程时间序列拍摄以及内部细节结构成像等应用。

（3）活细胞成像系统

因此用活细胞成像系统必须具备高效光利用率和低光毒性，并搭配高灵敏度的检测系统以提高图像信噪比。生物影像平台引进了活细胞成像与分析系统（IncuCyte S3）和高通量活细胞成像系统(Celldiscoverer 7)，前者放置在培养箱中可以实现连续数天甚至数周的活细胞追踪并实时分析；而CD7配置结合Airyscan2的共聚焦系统可在高帧速下以超高分辨率对活样本的动态变化进行低光毒性成像。

（4）高内涵活细胞分析系统

生物影像平台配置了Opera Phenix® Plus高内涵活细胞分析系统，其可以对活细胞或固定后的细胞进行更精确的定量分析，在保持活细胞结构和功能完整性的前提下，在亚显微形态下同时检测不同条件对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号转导等方面的影响，从单一实验中获取大量相关信息，确定其生物活性和潜在毒性。高内涵活细胞分析系统检测范围包括：细胞计数、蛋白表达、细胞凋亡、蛋白转位、细胞活力、细胞迁移、受体内吞、细胞毒性、细胞周期和信号转导等。高内涵活细胞分析系统可以自动且迅速地从微孔板或者组织切片的样本中获得高质量图像，可以观测复杂的3D模型，如3D细胞球、组织乃至小型模式生物整体，从而进一步分析更多的生理学相关问题。

(5)生物成像样本制备平台

前沿成像技术，不仅依赖于仪器本身，还高度依赖于样本制备能力。生物影像平台配备了与大型成像设备相配套的样本制备技术平台，重点引进了超薄切片、冰冻切片、石蜡切片、振动切片、玻片染封一体工作站及全自动 IHC 和 ISH 染色系统等全自动化的设备，大大的缩减时间和人力，高效且更好的服务于科学研究。

（6）细胞力学系统

细胞力学分析是生物力学的一个前沿领域，涉及人体各类细胞，尤其是与血液循环系统、人体支撑运动系统、消化系统等有关的细胞。生物影像平台目前配置了光镊和原子力显微镜；光镊是基于光束形成的光阱将微小物体束缚在光阱处，借此可通过移动光束使微小物体随之移动，实现在显微镜下对微小物体(如病毒、细菌以及细胞内的细胞器等)进行的移位或手术操作，同时还可以实现小于 1pN 的超高分辨率力学测试。此外，平台搭载了生物型原子力显微镜，不仅可以准确地观测样品表面纳米尺度的三维形貌，与倒置光学显微镜联用还能在同一个细胞上直接将分子结构和细胞功能关联起来，包括物理结构，生化相互作用和力学特性在内的多重信息，使研究者能够获得最高分辨率的生物成像及皮牛级(pN)的力学测量和力谱分析，为生命科学深入研究提供了独特的技术平台。

（7）电子显微镜系统

电子显微镜技术已成为研究生物体微细结构的重要手段，分辨率可以达到 0.1-0.2nm，较普通光学显微镜其分辨率提高了1000倍及以上。其中透射电镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，由于样品的密度、厚度不同使电子产生不同大小的立体角散射而形成明暗不同的影像。目前，生物影像平台引进的Tundra透射电镜增加了相应的自动进样器、快速冷冻制样系统、高性能检测器等模块，可对生物蛋白等进行三维结构的重构和解构工作，亦能达到非常好的分辨率，是研究蛋白质结构、设计药物等完美技术平台。而三维切片场发射扫描电子显微镜主要用于研究毫米级别的大型生物样品三维超微结构分析，平台引进的场发射扫描电子显微镜 Gemini SEM 360 还可以用于各种生物样品及材料样品的微观形貌进行观察、分析和记录，能观察各种固态样品表面形貌的二次电子像、背反射电子像等，能以更高的分辨率观察动植物及其他固体样品表面显微结构和形貌。

另外，生物影像平台还根据实际科研需求，配备了双光子显微镜，光片显微镜，激光显微切割系统等设备。平台拥有专业的图像分析工作站（Imaris，Halo），用户可使用工作站进行数据处理和图像分析。